A részben mechanikus feltöltés lehetőségei – Comprex feltöltő

Korábbi cikkeinkben részletesen bemutattuk a turbófeltöltőt és a kompresszoros feltöltést, melyek a legmeghatározóbb szerepet töltötték be a közúti közlekedés eddigi történetében. Ez azonban nem jelenti azt, hogy a mechanikus feltöltésnek csak egyféle módozata létezik.

Ebben a cikkben azokból a típusokból mutatunk be egyet, mely ugyanúgy mechanikus feltöltő, ám valójában mégis különbözik a többitől.

A mechanikus feltöltésről általában

Mielőtt belekezdenénk a típusok leírásába, tekintsük át a csoport alapvető tulajdonságait.

A szívómotorok teljesítménye jelentős részben attól függ, hogy mennyi levegőt képesek beszívni a hengertérbe egy adott munkaciklusban. Ez azért fontos, mert csak ennek arányában tud az üzemanyagellátó rendszer hajtóanyagot juttatni a hengertérbe.

A beszívás a dugattyú lefelé történő mozgásából adódó vákuum által jön létre, ennek azonban határozott korlátai vannak. A feltöltés előtt a lökettérfogat-növelés volt szinte az egyetlen lehetséges módja a teljesítmény növelésének.

Azonban többféle módszert is kialakítottak arra vonatkozóan, hogy a dugattyú által létrehozott vákuumot hogyan lehetne külső nyomás segítségével megtámogatni. Ezek lettek a feltöltők.

A főbb típusok elsősorban abban különböznek, hogy milyen erőforrásból állítják elő a torlónyomást, ami bejuttatja a többletlevegőt a hengerekbe. Ezek alapján szétválasztjuk például a mechanikus feltöltőket, ahol a motor teljesítményének egy részét használjuk fel a nyomás előállítására – és megkülönböztetjük például a turbófeltöltőket, ahogy a kipufogógáz lendületét aknázzuk ki az extra töltet előállításához.

A mechanikus feltöltők közvetlenül a motor főtengelyéről, jellemzően valamilyen áttételen keresztül kapják a nyomástermeléshez szükséges energiát. Léteznek olyan változatok, ahol a feltöltés mértéke szabályozható, vagy akár teljesen le is kapcsolható a motor üzeme közben.

Ahogy fentebb említettük, az energiafedezet a motortól érkezik, amiből következően a feltöltés hasznos teljesítményt vesz el az erőforrástól.

Ugyanakkor pozitívum, hogy a fordulatszámmal mindig arányosan képes a feltöltésre, tehát a torlónyomás azonnal rendelkezésre áll.

Előbbi csoporthoz tartozik a Comprex feltöltő is – bár ezzel akár vitába is lehetne szállni, ugyanis működési elvét tekintve messzemenőkig eltér a hagyományos mechanikus feltöltéstől.

A Comprex feltöltőrő leírása

Nyomáshullám-feltöltőnek is szokás nevezni, és ez az elnevezés sokat sejtető az eszköz működését illetően. A Comprex név egyébként a compression (sűrítés) és expansion (tágulás) szavakból ered.

A Comprex feltöltő gázdinamikai hatásokat használ ki arra, hogy az összesűríteni kívánt légmennyiséget a lehető legkisebb térfogatra zsugorítsa össze.

A vita, hogy mechanikus feltöltőnek számít-e a Comprex feltöltő, azért lehetséges, mert nem egyértelmű az, hogy honnan nyeri a rendszer működtetéséhez szükséges teljesítményt. Részben a motor szolgáltatja ezt, ugyanis a motor főtengelyéről veszi le azt az energiát, mellyel a töltő mechanizmusát forgatja, valamint a csapágysúrlódást és egyéb ventilációs veszteségeket fedez. Ugyanakkor fontos megjegyezni, hogy ez a feltöltő energiaszükségletének csak egy bizonyos mennyisége, nem pedig a teljes energiaszükséglet. A maradékot, a cellás kerék motorfordulatszámhoz igazodó felgyorsítása igényli, melyhez – hasonlóan a turbófeltöltőhöz – a kipufogógáz fog hozzájárulni. A Comprex feltöltő még úgy is képes a megfelelő nyomásviszony kialakítására az alacsony- és közepes fordulatszám-tartományokban is, hogy ehhez az energia egy részét nem a motortól nyeri.

Működés

Az egész mechanizmus lelke a már korábban említett cellakerék, ami egy hengeres, bonyolult forgórész. Ezt a motor főtengelye hajtja ugyan, de nemsokára világossá válik, hogy miért megosztott az energiaforrás.

Ezt a forgórészt négy különböző csatorna, két bemenet és két kimenet köti össze. Pont úgy, mint a turbó esetén, az egyik bemeneten a cellakerék megkapja a nagynyomású kipufogógázt, és forgatja a cellakereket. Eközben a másik bemeneten a külső környezetből beáramlik a friss levegő, és kitölti a rendelkezésére álló teret. Miközben a kipufogógáz segítségével tovább forog a cellakerék, A friss levegőt a kerék másik „oldalán” elkezdi betolni a szívószelep felé az egyik kimeneten, ahol egyre nagyobb lesz a sűrítés mértéke.

Mikor aztán a szívószelep kinyílik, már elősűrített töltőlevegőt kap, miközben a kipufogógáz, leadva energiájának egy részét, a másik kimeneten távozik a kipufogórendszerbe.

A Comprex feltöltő legnagyobb komplexitását az adja, hogy bár a friss levegő és a kipufogógáz csatornái különállóak, a középen elhelyezkedő hengeres cellakerék szerkezetéből adódóan forgómozgást végez, és így is meg kell akadályozni, hogy a kipufogógáz és a friss levegő vegyüljön egymással, hiszen azzal jelentős hatásfok-romlás következne be.

Annak érdekében, hogy ezt megakadályozzák, úgy alakítják ki a cellafalat, hogy az mindenképp elzárja a henger belsejében a két gázmixet egymástól.

Előnyök és hátrányok

A Comprex feltöltő kiemelkedő volt a maga idejében abban, hogy alacsony és közepes fordulatszám-tartományban is képes a megfelelő töltőnyomás biztosítására, így ekkor még közel sem volt egyértelmű, hogy később piacot veszít.

Vannak azonban negatív jellemzői is. Például az, hogy a szerkezet bonyolultsága a fejlesztését is bonyolulttá és költségessé teszi. A feltöltő hatékonyságát nagymértékben befolyásolja a megfelelően megválasztott geometria, az elemek anyaga, a csatornák száma – ez utóbbinál érdekes, hogy minél nagyobb a csatornaszám, annál nagyobb a rendszer nyomásvesztesége, ami szintén elkerülendő.

Az anyagválasztás azért is érdekes, mert a cellakeréknek el kell viselnie a folyamatos lökéshullámokat, a jelentős mértékű centrifugális erőt és a ciklikus jelleggel jelentkező hőmérsékleti gradiensek által generált feszültséget és hőtágulást.

Jellemzően dízelmotorokban alkalmazták, például az Opel és a Mazda előszeretettel vetette be a Comprex feltöltőt, egészen a 80-as évekig.

Ahogy a motortechnika egyre precízebbé vált, egyre inkább kiderült, hogy túl nagy költségek árán lehet csak megoldani, hogy a Comprex feltöltő nyomásvesztesége minden körülmények között kellően alacsony maradjon, így idővel elveszítette létjogosultságát.